關(guān)于某電解鋁項目氧化鋁輸送設(shè)計方案選擇研討

（貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

當前形勢下，節(jié)能、環(huán)保是國家乃至全球發(fā)展的永恒話題，在電解鋁設(shè)計建設(shè)中,作為設(shè)計工作者,節(jié)能降耗也是工作中重要任務(wù)。在電解鋁設(shè)計工作中,節(jié)能降耗主要是電解槽電、熱磁方案選擇及仿真計算,但工程設(shè)計中,各方面均存在最佳設(shè)計方案的選擇,因此本文對某廠40萬噸電解鋁項目中從氧化鋁倉庫到電解鋁的輸送方采進行討論,尋求最佳方案：即投資最省,輸送能耗最低。

某電鋁項目年產(chǎn)能為40萬噸電解鋁，年需氧化鋁量78萬噸，所需氧化鋁由該項目一期200萬噸氧化鋁項目提供，從氧化鋁廠的氧化鋁倉到電解系列氧化鋁倉的距離約1.82km，擬采用超濃相輸送、氣墊皮帶輸送及汽車運送三種輸送方式中的一種，本文針對這三種氧化鋁輸送方式進行研討，用以確定該項目的最佳的輸送方式。

1 三種輸送技術(shù)簡介

目前，從氧化鋁儲存地點到電解鋁工廠有幾種主要的運輸方式：使用硬相、高密度相、氣墊皮帶等幾種運輸方式。

1.1 超濃相輸送技術(shù)

階段過載技術(shù)是基于流程潛在的流態(tài)化特征材料的技術(shù)方式。所謂的流動是一種技術(shù)手段，允許固體顆粒通過接觸氣體或液體轉(zhuǎn)化為一種類似液體的狀態(tài)。粉末流目前的變形是通過多孔空氣傳播的。多孔空氣層（或沸點）將運輸油罐車分為兩層，上面部分包含材料，下面部分包含空氣。氣室里沒有外部壓力時，氣體是恒定的壓力，當物質(zhì)粒子處于靜止狀態(tài)：當在氣室里內(nèi)產(chǎn)生壓力，氣體通過多孔板粉狀涂層，通過真空粉末層填充粉末層，當流量達到一定速度、粉狀顆粒之間的平衡將被打破。與此同時，體積增加，單位質(zhì)量下降，粒子之間的內(nèi)部摩擦角度和墻之間的摩擦角度幾乎為零，所以粉末材料變成了液體，利用這種能力傳遞，也就是超強相傳遞。超密相運輸被用來將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為通量變形后的固體氣態(tài)二相流體，并按照流體靜電和靜電轉(zhuǎn)換的原則，使物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)移到運輸器中。

圖1是超濃相輸送原理圖，在圖中輸送槽被透氣板分成上下兩層，下層為氣室，上層為料室，在料室上部間斷設(shè)有排風柱。

圖1 超濃相輸送原理圖

進氣道中低壓進氣道通過氧化鋁上層的進氣道均勻分布，導致鋁上層均勻流動，進氣道由排水管和平衡柱排出。氧化鋁的勢能，通過這種固體-氣體-二相流體，通過這兩相流體傳遞到氣流中，產(chǎn)生壓力梯度，在不同的平衡柱中形成不同的氧化鋁柱，如圖中的H1、H2、H3，這些不同高度的氧化鋁料柱推動物料向料柱低的方向流動。

根據(jù)超濃相輸送原理，低壓風的作用只是使氧化鋁床層流態(tài)化，而并不負責推動物料向前流動，因此需要的風壓很低。

超強遞送系統(tǒng)的主要設(shè)備是離心機和氣動電纜，它們沒有機械部件，可以在低維護和近全密度下完成，普通的進氣道可以滿足交付要求，可以完全自動化，并且更容易控制，現(xiàn)已作為先進技術(shù)被大部分電解鋁廠采用。

1.2 氣墊皮帶輸送技術(shù)

皮帶機的氣墊是薄氣膜支撐并進行傳送，將所傳送的材料輸送到輸送機當中。這種運輸會將托輥帶式的傳送機，來代替帶孔氣室，當氣體源向氣體室當中時，會對室內(nèi)提供一定的壓力與流量空氣，使室內(nèi)的空氣經(jīng)過盤槽上的氣孔逸出，經(jīng)過傳送帶與盤槽之間形成有壓力的氣膜，這種氣膜稱為氣墊，從而對傳輸帶的材料進行傳輸。將某一段距離內(nèi)的拖輥轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的氣墊支柱，將壓路機與犁之間的摩擦轉(zhuǎn)化為傳送帶與圓盤之間的流體摩擦，將傳送帶與圓盤之間的空氣環(huán)境轉(zhuǎn)化為空氣，減少阻力并帶來好處[1]。

圖2 超濃相輸送方案

1.2.1 氣墊式皮帶機有以下主要特點

（1）運行平穩(wěn)，工作可靠：加料對中后輸送帶不跑偏、不撒料、不撕帶[2]，使用壽命長。

（2）輸送量大：由于運行平穩(wěn)，物料在輸送帶上的堆積面積增大，以及帶速的提高，使氣墊機的輸送量增大。

（3）運行阻力小，輸送帶張力小，功率消耗減小10%～20%。

（4）輸送傾角大：一般比DTII、DTII(A)帶式輸送機增大3°～5°。

（5）設(shè)備投資少，維修費用低：①輸送傾角較大，占地面積小；②氣室剛度大，省去了中間架；③輸送帶張力較小，可選用層數(shù)少且相對低強度的輸送帶；④使用托輥少，可大大減少托輥備件，降低了維修費用。

（6）運營費用低，可提高使用單位的經(jīng)濟效益。

（7）便于密封輸送，避免粉塵飛揚，保護環(huán)境，如采用加罩密封式結(jié)構(gòu)，露天使用可省去輸送機走廊，節(jié)省基建費。

（8）對于上運輸送，逆止安全可靠；對于下運輸送，停機后輸送帶也無打滑現(xiàn)象。

1.2.2 氣墊式皮帶機主要結(jié)構(gòu)形式

氣墊機的結(jié)構(gòu)型式分為半氣墊型，也稱混合型（僅上分支輸送帶用氣墊支承）和全氣墊型（上、下分支輸送帶均采用氣墊支承）兩類[3]。

（1）半氣墊型（混合型）：①敞開放式：該結(jié)構(gòu)的上載體結(jié)構(gòu)是一個空氣室，下半部分仍然在反作用參數(shù)中使用。該結(jié)構(gòu)用于內(nèi)部使用最廣泛的結(jié)構(gòu)，以及本系列的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要用于室內(nèi)和傳送帶走廊。②密封式：這種結(jié)構(gòu)是建立在開放和開放的基礎(chǔ)上的，防雨和密封在進氣道中，以防止材料在運輸過程中受到環(huán)境和氣候的影響，如煤塵、水泥和食品等場合。

（2）全氣墊型：①敞開放式：本結(jié)構(gòu)是在承載和回程分支全采用氣墊支承。它能充分體現(xiàn)氣墊機的優(yōu)點，但設(shè)備造價較高，重量較重。②密封式：本結(jié)構(gòu)是在敞開放式的基礎(chǔ)上，在氣室上加密封罩。

1.3 汽車運輸

采用氧化鋁運輸罐車從該項目氧化鋁廠運輸至本項目電解車間新鮮氧化鋁倉旁，再通過卸車系統(tǒng)輸送至新鮮氧化鋁倉內(nèi)。

2 三種方案比較

2.1 超濃相輸送方案

超濃相方案的輸送能力為240t/h（兩條400mm寬溜槽，單條線輸送能力120t/h）,每日氧化鋁運量2230噸，每天運行時間9.3小時，年工作時間350天，人員配置為4名。

該方案建設(shè)投資為1572萬元，其中土建費用955萬元，設(shè)備費617萬元，土建折舊年限20年，設(shè)備折舊年限15年，扣除5%的殘值，經(jīng)計算，年折舊費為49.27萬元。建設(shè)投資按30%自籌，70%銀行借款考慮，借款利率為4.35%，按3年等額本息償還，經(jīng)計算，平均每年財務(wù)費用為33萬元。修理費按固定資產(chǎn)的2%計提，為19.10萬元/年（溜槽和4臺斗提需維護）。電價為0.30元/kWh,經(jīng)計算，每年電費為63.47萬元。該方案配備4人，人均年工資及福利費按13萬元計，則該方案年工資及福利費為52萬元。該方案費用合計為216.84萬元。

2.2 氣墊皮帶輸送方案

氣墊皮帶方案的輸送能力為350t/h,每日氧化鋁運量2230噸，每天運行時間6.4小時，年工作時間350天。人員配置為2名。

該方案建設(shè)投資為2825萬元，其中：土建費用1720萬元，設(shè)備費為1105萬元。土建折舊年限20年，設(shè)備折舊年限15年，扣除5%的殘值，經(jīng)計算，年折舊費為88.70萬元。建設(shè)投資按30%自籌，70%銀行借款考慮，借款利率為4.35%，按3年等額本息償還，經(jīng)計算，平均每年財務(wù)費用為59萬元。修理費按固定資產(chǎn)的2%計提，為34.40萬元/年。電價為0.30元/kWh,經(jīng)計算，該方案需電費46.02萬元/年。該方案配備2人，人均年工資及福利費按13萬元計，則該方案年工資及福利費為26萬元。該方案費用合計為254.12萬元。

圖3 氣墊皮帶相輸送

2.3 汽車運輸方案 （外包）

為了滿足40萬噸電解鋁每日2230噸氧化鋁的用量需要，采用汽車運輸方式，需要6輛車，每天按照黑班和白班兩班運轉(zhuǎn)，每車每天需要完成10次氧化鋁運輸，每天工作時間約16小時，年工作天數(shù)均為350天。

參考其它項目（外包汽車運送，運距5km，噸氧化鋁不含稅運費包干價為8元/噸），預計該項目外包汽車運送方案噸氧化鋁運費為4元/噸，則汽車年運行費用為312萬元。氧化鋁廠裝車點3個，電解鋁廠卸車點2個，需投資320萬元，經(jīng)計算，年折舊費為7.79萬元，年修理費為2.80萬元，按3年等額本息償還，年均財務(wù)費用為7萬元。該方案基本不發(fā)生設(shè)備維護費用及人工成本，經(jīng)計算，汽車運輸方案費用合計為329.59萬元。

3 結(jié)論

本文針對三種輸送方式進行了投資及運行成本的比較，得到如下結(jié)論：

（1）外包汽車運送方案，投資很少，單位氧化鋁運輸成本4.23元/噸，全年氧化鋁運輸成本約330萬元。該方案每天需要運送60車次，單位運輸費用為4.23元/t-Al2O3，費用高于氣墊和濃相輸送方案。

該方案，投資很少，但運行費用高，每天車輛運送次數(shù)多，且在氧化鋁和電解鋁廠區(qū)內(nèi)運行，全廠物流壓力大，另外，根據(jù)最新環(huán)保要求和管控，不推薦采用汽車運輸，與現(xiàn)代化工廠理念不相符，從長期運行看，存在安全和環(huán)保問題，因此不推薦采用該方案。

（2）超濃相方案和氣墊皮帶方案，兩種方案的自動化程度均較高，都可以實現(xiàn)自動化控制，只需進行一些日常的巡視和維護工作。

超濃相輸送能力（240t/h）比氣墊皮帶（350t/h）要小一些，但都能滿足40萬噸電解鋁的生產(chǎn)需要，二期增加40萬噸情況下，也能滿足需要。

氣墊皮帶運輸方案建設(shè)投資（2825萬元）比超濃相方案（1572萬元）高1253萬元，按年輸送78萬噸氧化鋁計算，單位氧化鋁運送成本分別為3.26元/噸和2.78元/噸，全年氧化鋁運輸成本分別為254萬元和217萬元，超濃相方案運行成本低于氣墊皮帶方案，具有一定的優(yōu)勢。

綜合分析，該項目電解系列采用超濃相輸送方式為最佳選擇。